コントロールバルブのアクチュエーターはどのように機能しますか？

コントロールバルブサプライヤーとして、私はしばしば、コントロールバルブのアクチュエーターがどのように機能するかについて尋ねられます。このブログ投稿では、コントロールバルブアクチュエーターの詳細を掘り下げ、それらの機能、種類、およびそれらを多くの産業プロセスの不可欠な部分にする作業原則を説明します。

制御バルブとアクチュエーターの基本を理解する

アクチュエーターの仕組みに飛び込む前に、システム内のコントロールバルブの役割を理解することが重要です。制御バルブは、パイプラインの流体（液体、ガス、または蒸気）の流れ、圧力、温度、またはレベルを調節するために使用されるデバイスです。制御信号に基づいて流れの通路のサイズを変えることにより、これを達成します。アクチュエータは、バルブステムを移動するコンポーネントであり、バルブプラグまたはディスクの位置を変更し、それによりバルブを通る流れを制御します。

アクチュエーターの種類

コントロールバルブに使用されるアクチュエーターにはいくつかのタイプがあり、それぞれに独自の利点とアプリケーションがあります。最も一般的なタイプには、空気圧、電気、油圧、および電気油圧アクチュエーターが含まれます。

空気圧アクチュエーター

空気圧アクチュエーターは、そのシンプルさ、信頼性、コスト - 有効性のために、業界で広く使用されています。圧縮空気を電源として使用して動作します。空気圧アクチュエーターは、通常、シリンダーに収容されたピストンまたは横隔膜で構成されます。圧縮された空気がピストンまたはダイアフラムの片側に導入されると、バルブステムを移動する力が生じます。

空気圧ピストンアクチュエータの作業原理は次のとおりです。圧縮空気はピストンの片側に供給されます。空気の圧力は、式（f = p \ times a）によって計算されるピストン表面に力を作り出します。ここで、（f）は力であり、（p）は空気圧であり、（a）はピストンの交差断面領域です。この力は、デザインに応じてバルブを開閉するか閉じます。

一方、空気圧ダイアフラムアクチュエーターは、ピストンの代わりに柔軟なダイアフラムを使用します。圧縮された空気が横隔膜の片側に適用されると、それは曲がり、この動きはバルブの茎に伝達されます。空気圧アクチュエータは、速い応答時間と故障 - 安全な操作が必要なアプリケーションでよく使用されます。たとえば、化学処理プラントでは、空気圧アクチュエータは、緊急時に危険な化学物質の流れを迅速に遮断できます。

電気アクチュエーター

電気アクチュエーターは、電源として電気モーターを使用します。正確な制御とリモート操作が必要なアプリケーションに適しています。電気アクチュエーターは通常、電気モーター、ギアボックス、ドライブメカニズムで構成されます。

電気モーターは回転力を提供し、ギアボックスとドライブメカニズムを介して線形運動に変換されます。たとえば、ワームギアまたはボールネジを使用して、モーターの回転運動を線形動作に変換してバルブステムを移動できます。電気アクチュエーターをプログラムして特定のバルブ位置を正確に達成し、流量の正確な調節が重要な水処理プラントのフロー制御などの用途に最適です。

油圧アクチュエーター

油圧アクチュエーターは、通常はオイルである加圧油圧液を使用して、バルブステムを移動するために必要な力を生成します。彼らは高力を生産することができ、発電所や製油所などの大規模な産業用途でよく使用されます。

油圧アクチュエーターは、油圧シリンダー、ピストン、およびコントロールバルブで構成されています。油圧液はシリンダーの片側に汲み上げられ、ピストンに力が生じます。次に、ピストンの動きをバルブステムに移します。油圧アクチュエーターは、高出力と重量比を提供し、高い圧力で動作し、大きなバルブと重い負荷を処理できるようにします。

電気 - 油圧アクチュエーター

電気 - 油圧アクチュエーターは、電気システムと油圧システムの利点を組み合わせています。彼らは電気モーターを使用して油圧ポンプを駆動し、それが加圧された油圧液をアクチュエータに供給します。このタイプのアクチュエーターは、正確な制御、強力な出力、高速応答時間を提供します。エレクトロ - 油圧アクチュエーターは、航空宇宙産業や自動車産業など、精度と高出力の両方が必要なアプリケーションで一般的に使用されます。

動作原則を詳細に

空気圧アクチュエータがコントロールバルブシステムでどのように機能するかを詳しく見てみましょう。典型的な空気圧制御バルブのセットアップには、通常、米国では3〜15 psi（1平方インチあたりのポンド）信号、または世界の他の地域で20〜100 kpaの信号である制御信号があります。このコントロール信号は、プログラム可能なロジックコントローラー（PLC）や分散制御システム（DCS）などのコントローラーから送信されます。

制御信号はポジショナーによって受信されます。ポジショナーは、目的のバルブ位置（制御信号に基づいて）を実際のバルブ位置と比較するデバイスです。その後、ポジショナーは、それに応じてアクチュエーターに供給される空気圧を調整します。バルブをさらに開く必要がある場合、ポジショナーはアクチュエータへの空気圧を上げます。バルブを閉じる必要がある場合、ポジショナーは空気圧を低下させます。

空気圧が変化すると、アクチュエーターのピストンまたはダイアフラムに作用する力が変化します。これにより、バルブステムが移動し、バルブプラグまたはディスクの位置が変更されます。バルブは、実際のバルブ位置が制御信号で示される目的の位置と一致するまで移動し続けます。

電気アクチュエータでは、制御信号は通常、4〜20 mAの信号などの電気信号です。アクチュエータの制御モジュールはこの信号を受信し、バルブの実際の位置を測定する位置センサーからのフィードバックと比較します。この比較に基づいて、制御モジュールは電気モーターの速度と方向を調整して、バルブを目的の位置に移動します。

制御バルブ性能におけるアクチュエーターの重要性

アクチュエーターは、コントロールバルブのパフォーマンスにおいて重要な役割を果たします。設計された適切に機能するアクチュエーターは、流体の流れの正確で信頼できる制御を保証します。これにより、バルブは制御信号の変化に迅速に応答し、目的のプロセス条件を維持できます。

たとえば、加熱、換気、および空気 - コンディショニング（HVAC）システムでは、高性能アクチュエータを備えた制御バルブは、温水または冷水の流れを正確に調節し、快適な屋内温度を確保できます。発電所では、タービンへの蒸気の流れを制御し、発電プロセスを最適化するために、高力を処理し、極端な条件下で動作できるアクチュエータが不可欠です。

適切なアクチュエータの選択

コントロールバルブ用のアクチュエータを選択するときは、いくつかの要因を考慮する必要があります。これらには、制御される流体の種類、動作圧力と温度、必要な流量、応答時間、および故障 - 安全な要件が含まれます。

液体が腐食性または爆発的な用途の場合、アクチュエータには特別な材料と設計が必要になる場合があります。高圧アプリケーションでは、高力を生成する能力により、油圧または電気油圧アクチュエータがより適切になる場合があります。高速応答時間が重要な場合、空気圧アクチュエータが最良の選択である可能性があります。

結論

結論として、アクチュエータは制御バルブの重要な成分であり、制御信号をバルブステムの物理的な動きに変換する責任があります。空気圧、電気、油圧、または電気油圧アクチュエーターであろうと、各タイプには独自の作業原則とアプリケーションがあります。

コントロールバルブサプライヤーとして、お客様の特定のニーズを満たす高品質のアクチュエーターを提供することの重要性を理解しています。当社の専門家チームは、アプリケーションに適したアクチュエーターを選択し、最適なパフォーマンスと信頼性を確保するのに役立ちます。

コントロールバルブとアクチュエーターの市場にいる場合は、詳細な議論のために私たちに連絡することを勧めます。私たちの経験豊富な営業チームは、産業プロセスに最適なソリューションを見つけるのを支援する準備ができています。調達ディスカッションを開始し、コントロールシステムを次のレベルに進めてください。

参照

• ミルトン・ベイチョクによる「コントロールバルブハンドブック」。
• Bela Liptakによる「Industrial Instrumentation and Control Handbook」。
• The Instrumentation、Systems、およびAutomation Society（ISA）などの業界協会のさまざまな技術論文。